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점진적인 이득, 지속적인 개선: 나노포지셔닝 QA의 성공 비법 – Physics World

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Queensgate는 응용 광학, 현미경 및 계측에 사용되는 최첨단 과학 장비의 핵심 빌딩 블록인 나노 위치 지정 단계 포트폴리오가 점진적인 혁신 전략을 통해 판도를 바꾸는 성능 향상을 가져올 것이라고 확신하고 있습니다.

Queensgate 산업용 계측

다축 나노포지셔닝 단계의 향상된 공간 보정은 두 회사 간의 장기 R&D 협력에서 최신 프로젝트에 대한 최초의 동기 부여와 궁극적으로 성공적인 생산 결과를 제공했습니다. 퀸즈게이트, 고정밀 나노포지셔닝 제품의 영국 제조업체 및 과학자 국립 물리 ​​연구소 (NPL), 영국 국립 도량형 연구소.

에서 펀딩으로 혁신가를 위한 분석 (A4I) – 에 의해 실행되는 프로그램 영국 혁신, 영국의 혁신 기관 – 두 파트너는 Queensgate의 다축 나노포지셔닝 단계에서 기생(축외) 모션 오류의 특성과 정도에 대해 "심층 분석"을 수행했습니다. 그들의 세밀한 조사를 통해 피에조 기반 나노포지셔닝 스테이지 포트폴리오에 대한 제품 설계, 개발 및 제조 전반에 걸쳐 Queensgate의 종단간 품질 보증(QA)을 강화할 실용적인 수정 및 보정 방법론이 나왔습니다(또한 피에조와 같은 기술 구현 가능). 액추에이터, 용량성 센서, 제어 전자 장치 및 소프트웨어).

"Queensgate와의 협력은 지난 XNUMX여년 동안 광범위한 공동 R&D 프로젝트에서 상호 이익을 가져왔습니다."라고 수석 과학자인 Andrew Yacoot는 설명합니다. NPL의 차원 나노메트롤로지 프로그램 그리고 의자 길이에 대한 자문 위원회의 차원 나노측정을 위한 작업 그룹 (국제 측정 표준인 SI 단위를 감독하는 XNUMX개의 자문 위원회 중 하나). 이러한 윈-윈은 NPL이 전문 기술 회사가 까다로운 산업 문제를 해결하도록 돕고 더 나아가 이전 가능한 혁신, 지속적인 제품 개선 및 장기적인 상업적 영향을 제공하는 더 광범위한 임무 중 하나를 해결하는 것을 봅니다. Yacoot는 "동시에 우리는 Queensgate의 제품 개발 팀에 직접 연락하여 나노 스케일 과학 및 계측에 대한 우리의 고유하고 종종 비표준적인 나노 포지셔닝 요구 사항을 알립니다."라고 덧붙였습니다.

NPL의 앤드류 야쿠트

그것이 뒷이야기라면 프로젝트 세부 사항은 무엇입니까? 우선, 나노포지셔닝 단계에서 공간 오류 수정은 응용 측정에서 사소하지 않은 연습을 나타냅니다. 대부분 충분한 데이터 포인트를 캡처하고 분석하는 것이 어렵고 필요한 오류 수정 알고리즘을 코딩하는 것과 관련된 복잡성 때문입니다. 이 모든 것은 Queensgate와 NPL의 최근 제휴에 대한 맥락을 제공합니다. 여기서 Yacoot와 동료들은 다축 간섭계 장비를 활용하여 고정확도 나노포지셔닝에 대한 실험실의 지속적인 R&D 노력을 지원합니다.

이를 위해 전용 NPL 스테이지 장비는 XNUMX개의 직각으로 장착된 평면 미러 차동 간섭계(NPL에서 설계)를 사용하여 미러 큐브(스테이지에 장착됨)와 일련의 참조 미러 사이의 상대 변위를 측정합니다. 간섭계는 추적 가능한 위치 측정을 제공하기 위해 NPL의 기본 미터 구현 레이저에 대해 보정된 안정화된 헬륨-네온 레이저의 빛을 사용하여 조명됩니다. 열 및 음향 효과를 줄이기 위해 전체 설정도 동봉되어 진동 차단 플랫폼에 장착됩니다.

측정하기

이 실험 장비를 사용하여 공간 오류를 특성화하고 후속 보정 프로세스에 정보를 제공함으로써 NPL 프로젝트 팀은 QGSP-XY-600-Z-600(x를 따라 600μm 범위, y 및 z축) 및 QGNPS-XY-100D(x 및 y축에서만 100μm 이동). 후자는 이전 단계의 일부로 잘 특징지어진 고성능 단계입니다. 고속 원자력 현미경에 대한 Queensgate/NPL 협력 (AFM). "알려진 양호" 단계를 사용하면 오류가 더 작은 상황에서 교정 방법론을 평가할 수 있으므로 오류 수정 기술의 이전 가능성을 입증할 수 있습니다.

확대 및 NPL의 측정 방법론은 충분히 간단하지만 철저해야 합니다. 스테이지 움직임 볼륨의 각 지점에 대해 스테이지는 특정 위치로 이동하라는 명령을 받은 다음 지정된 시간 동안 안정되도록 허용되었습니다. "폐루프 제어는 이 위치가 스테이지의 용량성 센서에 의해 보고된 변위를 반영하도록 합니다."라고 Yacoot는 설명합니다. "실제 변위는 공간 위치 오류를 결정하기 위해 NPL 간섭계에서 수집됩니다."

실험적 통찰력

운영상 무대 장치 제어 및 데이터 수집을 위한 소프트웨어는 Yacoot의 나노 계측 팀 구성원인 Edward Heaps가 작성했습니다. 그의 작업은 각 축을 따라 11개 지점을 스캔하면 공간 위치 오류를 매핑하기 위한 충분한 데이터를 제공한다는 것을 보여주는 이전 연구에 의해 정보를 얻었습니다(결정적으로 데이터 수집을 위한 과도한 시간 프레임 없이).

3D 단계의 경우 Heaps는 1331μm(명령) 간격으로 총 11(11×11×40) 데이터 포인트를 캡처한 반면, 2D 단계의 경우 총 121(11×11) 포인트가 10μm(명령)에서 캡처했습니다. ) 간격. 또한 스테이지 내에서 피할 수 없는 히스테리시스 프로세스로 인해 발생하는 반복 가능한 오류를 평가하기 위해 양방향으로 이동하는 모든 축에 대해 명령된 지점에 대한 실제 공간 위치를 캡처하는 동시에 전체 측정 주기를 XNUMX번 반복하여 확률적 오류를 정량화해야 했습니다.

결과 데이터 세트는 Yacoot의 동료이자 수학자이자 NPL Fellow인 Alistair Forbes가 고안하고 최적화한 전용 오류 수정 알고리즘을 뒷받침합니다. 프로토타입 단계 펌웨어 내에서 알고리즘을 구현한 후, 알고리즘은 공간적으로 보정된 단계에서 반복적인 실험 측정 세트로 입증된 견고한 교정 절차의 기초를 제공하여 연구 중인 장치의 위치 지정 오류를 크게 줄입니다. 표 1 및 2 참조). 마찬가지로, 대형 다축 스테이지는 보정되지 않은 단거리 xy 스테이지와 함께 성능 향상을 달성하여 AFM, 나노리소그래피 및 600D와 같은 고정밀 응용 분야에서 더 긴 이동 범위(600 µm x 3 µm)로 스테이지를 배치할 수 있는 기회를 열었습니다. 나노 프린팅.

"현재 우리는 조립 작업 내에서 보정 프로세스를 시작하면서 전체 생산 품질 펌웨어에 보정 알고리즘을 구현하고 있습니다."라고 영국 Paignton에 있는 Queensgate 제조 시설의 생산 관리자이자 현장 책임자인 Sam Frost는 설명합니다. "새로운 모습의 워크플로를 표준화하려면 더 많은 작업이 필요하지만 봄 후반에 NPL의 향상된 측정 및 보정 방법론의 이점을 누릴 수 있는 최초의 상용 단계를 출시할 것입니다."

한편 Queensgate의 제품 관리자인 Craig Goodman은 이미 NPL의 나노메트롤로지 팀과의 다음 공동 프로젝트를 위한 토대를 마련하고 있습니다. 올해 초 최신 A4I 라운드에서 확보된 후속 자금으로 파트너는 Queensgate의 팁-틸트 단계(결합된 x, y 및 z 축을 따라 선형 및 각도 운동). "Tip-tilt 스테이지는 고급 실리콘 웨이퍼 처리에 사용되며, 그 구성으로 인해 두 회전축 사이에 큰 교차 결합 오류가 나타납니다."라고 Goodman은 설명합니다. "팁-틸트 플랫폼에서 모든 다른 액추에이터와 센서 사이의 누화를 정량화하는 것은 복잡한 제안입니다. 이러한 통찰력을 최적화된 보정 및 보정 체계로 변환하는 것은 고사하고 말입니다."

퀸즈게이트 테이블 1
퀸즈게이트 테이블 2

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